Биологические мембраны

  B)Облегченная диффузия

Крупные гидрофильные молекулы (сахара, аминокислоты) перемещаются через мембраны с помощью специальных молекул - мембранных переносчиков. Мембранные переносчики представляют собой  интегральные белки, которые имеют  центры связывания транспортируемых молекул. Образующаяся связь белка и переносчика  является обратимой и обладает высокой  степенью специфичности. Транспортируемая молекула проходит через мембрану вследствие изменения конформации белка-переносчика при химическом взаимодействии центров связывания обеих молекул. 
     Транспорт веществ через мембрану, в котором используются транспортные молекулы, называются облегчённой диффузией. Этот тип транспорта мембраны является одним из видов диффузии, поскольку транспортируемое вещество перемещается по градиенту концентрации. Никакая дополнительная энергия не требуется для этого процесса. Но облегченная диффузия отличается от свободной диффузии своей высокой специфичностью. Переносчики мембраны могут узнавать даже оптические изомеры одного и того же вещества. 
     Другой особенностью облегченной диффузии является феномен насыщения. Поток вещества, транспортируемого путём облегченной диффузии, растёт в зависимости от концентрации вещества только до определенной величины. Затем возрастание потока прекращается, поскольку транспортная система полностью занята. Таким образом, действие транспортной системы подобное катализу ферментами, однако переносчик не ускоряет химическую реакцию, а перемещает вещество через мембрану. 
     Существуют некоторые системы переносчиков, которые способны транспортировать более одного вещества. Процесс называется симпортом (или котранспортом), если вещества перемещаются в одном и том же направлении, и антипортом (встречным транспортом), если направления перемещения веществ противоположны. 
    Примером облегченной диффузии является действие системы транспорта глюкозы через мембраны эритроцитов и мышечных клеток. Другой пример - антипорт бикарбоната и ионов гидроксила в плазматической мембране эритроцитов.

   С)Электродиффузия

Электродиффузия - диффузия электрически заряженных частиц (ионов) под влиянием концентрационных и электрических градиентов. Ионы - атомы или группы атомов, которые приобретают электрический заряд, теряя или приобретая электроны. Липидный бислой мембраны непроницаем для ионов. Они могут проникнуть через плазматическую мембрану только посредством специальных структур - ионных каналов, которые образованы интегральными белками. 
  
Движущей силой диффузии является не только разность концентрации ионов внутри и вне клетки, но также разность электрических потенциалов, создаваемых этими ионами по обе стороны мембраны. Следовательно, диффузионный поток ионов определяется градиентом электрохимического потенциала (электрохимический градиент). 
  
Электрохимический потенциал является энергией ионов:

 

 

μ₀- стандартный химический потенциал, который зависит от химической природы вещества и температуры, R - универсальная газовая постоянная, T - температура, C - концентрация иона, z - электрический заряд, F - константа Фарадея,  φ - электрический потенциал.

Зависимость потока ионов J от электрохимического градиента определяется уравнением Теорелла:

 

 

где U - подвижность ионов, C - концентрация ионов, dμ/dx - электрохимический градиент.

Подставляя (6) в (7), можно получить уравнение Нернста-Планка с учётом двух градиентов, которые обуславливают  диффузию ионов:

 

 

Ионные каналы мембраны представляют собой интегральные белки мембраны, которые образуют отверстия в  мембране, заполненные водой. В плазматической мембране обнаружен ряд ионных каналов, которые характеризуются высокой  специфичностью, допускающей перемещение  только одного вида ионов. Существуют натриевые, калиевые, кальциевые и хлорные  каналы. Каждый из них имеет так  называемый селективный фильтр, который  способен пропускать только определённые ионы. Существует несколько теорий, объясняющих избирательность ионных каналов плазматической мембраны. 
     Проницаемость ионных каналов может изменяться благодаря наличию ворот, определенных групп атомов в составе белков, формирующих канал. Конформационные изменения ворот переводят канал из открытого состояния в закрытое и наоборот. Механизмы регуляции положения ворот могут отличаться в различных каналах. Некоторые из них открываются при изменениях электрического потенциала мембраны. Другие открываются под действием специфических химических веществ, выполняющих сигнальные функции.

   d)Эндоцитоз и экзоцитоз

Макромолекулы - белки и нуклеиновые  кислоты - не могут проникнуть через  плазматическую мембрану с помощью  механизмов транспорта, рассмотренных  выше, из-за своих больших размеров. При трансмембранном транспорте больших молекул сама плазматическая мембрана подвергается согласованным  перемещениям, вследствие которых часть  жидкой внеклеточной поглощается (эндоцитоз) или часть внутренней среды клетки выделяется (экзоцитоз). 
    В процессе эндоцитоза плазматическая мембрана окружает часть внешней среды, формируя вокруг неё оболочку, в результате чего образуется везикула, которая поступает внутрь клетки. При пиноцитозе образуются небольшие, заполненные жидкостью везикулы. В процессе фагоцитоза формируются большие везикулы, которые содержат твердый материал, например, клетки бактерий. 
   При экзоцитозе транспортируемое вещество синтезируется в клетке, связывается мембраной в везикулы и экспортируется из клетки. Таким образом транспортируются из клетки специфические белки, нуклеиновые кислоты, нейромедиаторы и т.п.

 

6.Заключение

 

Исследования  биологической мембраны представляют собой важную, активно развивающуюся  область современной биологии. С  успехами в области изучения мембран  связаны многих достижения в медицине, например установление механизмов возникновения  некоторых сердечнососудистых заболеваний  и поиск подходов к их лечению. Идеи и методы, возникшие при исследовании мембран, находят широкое применение в онкологии, технологии создания искусственных  органов, в трансплантационной иммунологии, эмбриологии и др. Знание процессов, происходящих в мембранах, играет важную роль в развитии таких направлений, как биоэнергетика и поиск  эффективных путей утилизации солнечной  энергии, создание биосенсорных устройств, мембранная технология и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Список использованной литературы

Ивков В. Г., Берестовский Г. Н., Динамическая структура ли-пидного бислоя, М., 1981;           Бергельсон Л. Д., Мембраны, молекулы, клетки, М., 1982;                                                                                 Ивков В. Г., Берестовский Г. Н., Липидный бислой биологических мембран, М., 1982;                                 Кагава Я., Биомембраны, пер. с япон., М., 1985;                                                                                                              Сим Э., Биохимия мембран, пер. с англ., М., 1985;                                                                                            Болдырев А. А., Введение в биохимию мембран, М., 1986;                                                                                       Биологические мембраны, под ред. Дж. Б. С. Финдлея и В. X. Эванза, пер. с англ., М., 1990. Л. И. Барсуков.